Технико-технологическое обоснование процесса механической обработки кожного покрова животных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор наук Хлопко Юрий Александрович

• Хлопко Юрий Александрович
• доктор наук
• 2016

Оглавление диссертации доктор наук Хлопко Юрий Александрович

Оглавление

Введение

1. Состояние проблемы, ее теоретическое и технологическое 12 обоснование

1.1. Состояние и перспективы развития животноводства

1.2. Значение и влияние состояния кожного покрова животного на его 19 продуктивность

1.3. Общая схема биотехнической системы процесса механической 25 обработки кожного покрова животного

1.4. Разработка модели функционирования биотехнической системы 35 (БТС)

1.5. Математическая модель функционирования БТС процесса 40 механической обработки кожного покрова животного

1.6. Проектирование средств механической обработки кожного 52 покрова животных

Выводы, цель и задачи исследований

2. Обоснование технико-технологического процесса механической 58 обработки кожного покрова овец

2.1. Анализ проблем механической стрижки шерсти овец

2.2. Стрижка овец с позиции сложной биотехнической системы 60 «человек - машина - животное»

2.2.1. Подсистема «человек - оператор»

2.2.2. Подсистема «машина»

2.2.3. Подсистема «животное»

2.2.4. Перспективные направления совершенствования процесса 81 стрижки

2.3. Физико - механические свойства и особенности шерстного 89 покрова овец

2.4. Анализ силового взаимодействия режущих элементов стригальной 92 машинки с шерстным покровом овец

2.5. Лабораторные и производственные исследования с обоснованием 109 режимно-эксплуатационных параметров предлагаемых решений

2.6. Результаты исследований предложенных решений

2.7. Экономическая эффективность предложенных решений 138 Выводы 143 3. Обоснование технико-технологического процесса механической 146 обработки кожного покрова коз

3.1. Анализ проблем механического вычесывания пуха коз

3.2. Ческа коз с позиции сложной биотехнической системы «человек - 147 машина - животное»

3.2.1. Подсистема «человек - оператор»

3.2.2. Подсистема «машина»

3.2.3. Подсистема «животное»

3.2.4. Перспективные направления совершенствования процесса чески

пуха

3.3. Физико - механические свойства кожного покрова коз и их 173 значение при разработке технических средств

3.4. Математическое моделирование силового взаимодействия 179 вычесывающих элементов с кожно - пуховым покровом козы

3.5. Лабораторные и производственные исследования предложенных 188 решений

3.6. Результаты исследований предложенных решений

3.7. Экономическая эффективность предложенных решений 206 Выводы 212 4. Обоснование технико-технологического процесса механической 215 обработки кожного покрова КРС

4.1. Анализ механической обработки кожного покрова КРС

4.2. Обработка кожного покрова КРС с позиции сложной

биотехнической системы «человек - машина - животное»

219

4.2.1. Подсистема «человек - оператор»

4.2.2. Подсистема «машина»

4.2.3. Подсистема «животное»

220

222

234

4.2.4. Перспективные направления совершенствования процесса 236 обработки кожного покрова КРС

4.3. Физико - механические свойства кожного покрова КРС и их 239 значение при разработке технических средств

4.4. Обоснование силового взаимодействия очищающих элементов с 242 кожным покровом КРС

4.5. Лабораторные и производственные исследования предложенных 247 решений

4.6. Результаты исследований предложенных решений

4.7. Экономическая эффективность предложенных решений 268 Выводы 274 Общие выводы 277 Список литературы 282 Приложение А 317 Приложение Б 335 Приложение В 353 Приложение Г 368 Приложение Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технико-технологическое обоснование процесса механической обработки кожного покрова животных»

Введение

Доктрина продовольственной безопасности, утвержденная Президентом России в 2010 г., предусматривает увеличение удельного веса собственного производства в обеспечении потребности в молоке не менее 90%, а мяса - 85%. Поэтому продовольственная безопасность России напрямую связана с уровнем развития отраслей агропромышленного комплекса, что в свою очередь зависит от применяемых технологий и технологического оборудования в животноводческой отрасли. К сожалению, в настоящее время животноводство страны далеко не в полной мере удовлетворяет потребность населения в качественных продуктах питания, а промышленность в сырье.

Прогноз развития животноводства на краткосрочную перспективу показывает, что поголовье КРС к 2020 г. должно увеличиться на 23%, производство молока на 22%, мяса на 38%, поголовье овец и коз на 29 %, а производство шерсти на 43%, к показателям 2012 года.

Учитывая изложенное, развитие животноводства возможно при переводе отрасли на более высокие технологии, при которых наиболее вероятно раскрытие и использование всего генетического потенциала животных. При этом необходимо обеспечить управление продукционными процессами с учетом количества и качества конечной продукции.

Приоритетным направлением для эффективного производства продукции животноводства было и остается использование животных с высоким генетическим потенциалом. Сохранение, раскрытие и реализация генетического потенциала всего продуктивного периода жизни животного не возможно без комплексного подхода с учетом конкретных условий.

Одним из факторов определяющих качество получаемой продукции и влияющего на него, является процесс механической обработки кожного покрова животного (стрижка шерсти, вычесывание пуха, ветеринарно-

санитарная обработка кожного покрова КРС, подготовка вымени к машинному доению и т.д.).

Кожный покров животного выполняет огромную роль в его жизнедеятельности - защищает тело от широкого спектра внешних воздействий окружающей среды, участвует в дыхании, терморегуляции обменных процессов. Кроме того, кожный покров представляет собой массивное рецептивное поле, воздействуя на которое, можно позитивно влиять на эффективность ряда технологических процессов. Поэтому состояние и обработка кожного покрова - важный технологический компонент эффективного использования потенциала животного.

На решение спектра задач этого направления были обращены научные исследования по данной диссертационной работе. Работа выполнялась в соответствии с планом фундаментальных исследований РАН и РАСХН на период 2013 - 2020 годы по направлениям: «Методы анализа и синтеза многофункциональных механизмов и машин для перспективных технологий и новых человеко-машинных комплексов» и «Фундаментальные проблемы и принципы разработки интенсивных машинных технологий и энергонасыщенной техники нового поколения для производства основных групп продовольствия». По тематике Отдела биотехнических систем Оренбургского научного центра УрО РАН «Исследование сложных биотехнических систем совершенствование и разработка исполнительных механизмов системы «человек-машина-животное» гос. рег. № 01200306937 и «Исследование надежного функционирования сложных технологических и биотехнических систем» гос. рег. № 01201270757.

Общая научная проблема, на решение которой направлено исследование диссертационной работы - разработка закономерностей создания и функционирования машинных технологий и технических средств для обработки кожного покрова и обоснование на их основе принципов работы и методики определения оптимальных, конструктивных, эксплуатационных, энергетических параметров технических средств,

обеспечивающих увеличение животноводческой продукции и повышения ее качества.

Для решения сформулированной проблемы в нашей работе поставлена цель исследования - совершенствование технологии и технических средств механической обработки кожного покрова с.х. животных для повышения их продуктивности и качества получаемой продукции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— на основании обзора научных исследований обобщить и дать оценку состояния проблемы механической обработки кожного покрова с.х. животных;

— теоретически обосновать качество механического воздействия, оказываемого на кожный покров, с позиций сложной биотехнической системы «человек - машина - животное»;

— обосновать перспективные направления по совершенствованию технологического процесса механической обработки кожного покрова и механических устройств для его осуществления;

— разработать математические модели функционирования системы «человек - машина - животное» в процессах механической обработки кожного покрова;

— предложить методики и критерии оценки качества выполняемых операций, оборудование и устройства для механической обработки кожного покрова;

— провести лабораторные и производственные исследования предложенных технических решений, оценить их технико-экономическую эффективность и качество выполняемого механического воздействия на кожный покров с.х. животных.

Объект исследования - технологии механической обработки кожного покрова с.х. животных и рабочий процесс технических средств для их осуществления.

Предмет исследования - закономерности и взаимосвязи, определяющие качество выполняемого механического воздействия на кожный покров с.х. животных.

Методика исследований. Теоретические исследования проводились на основе математического моделирования функционирования сложной биотехнической системы «человек - машина - животное» с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления, и численных методов. Лабораторные и производственные исследования выполняли с использованием контрольного и измерительного оборудования на физических моделях. Определение оптимальных параметров предложенных технических решений осуществляли путем проведения факторного эксперимента и анализа энергетических затрат. Результаты исследований обрабатывали методами математической статистики, регрессионного анализа с применением компьютерных программ в среде MathCAD 14, Microsoft Office Excel 2010, Statsoft STATISTIKA 10.

Научная новизна заключается в системном подходе к исследованию производственных процессов механической обработки кожного покрова животных и разработке математических моделей, обеспечивающих повышение количества и качества получаемой продукции, производительности труда обслуживающего персонала при механической обработке кожного покрова с.х. животных.

Наиболее важными результатами являются:

- математическая модель функционирования подсистем биотехнической системы «человек - машина - животное» на основе вероятностно - статистического принципа по схеме марковских процессов;

- концептуальные основы проектирования средств механической обработки кожного покрова животных;

- методы по определению энергетических параметров функционирования устройств механической обработки кожного покрова животных;

- методики и устройства для определения качества проведения процесса механической обработки кожного покрова;

- технико-технологические решения повышения качества и количества получаемой продукции процесса механической обработки кожного покрова.

Основные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель состояния биотехнической системы процесса механической обработки кожного покрова;

- концептуально - экспериментальные основы проектирования средств (устройств) механической обработки кожного покрова сельскохозяйственных животных;

- теоретические положения по определению силового воздействия рабочих элементов устройств механической обработки с кожным покровом или его производными;

- методики и устройства для определения качества работы средств механической обработки кожного покрова;

- обоснование конструктивно - режимных параметров предложенных технических решений, результаты производственной проверки технологических решений и технических средств, оценка экономической эффективности использования разработанных технических решений.

Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечиваются использованием апробированных методов исследования, сходимостью теоретических и экспериментальных исследований, патентными исследованиями, разработанными техническими решениями.

Практическая значимость результатов исследований. Предложенные технико - технологические решения механической обработки кожного покрова позволяют более полноценно использовать генетический потенциал животных.

Разработаны: режущий аппарат стригальной машинки, механическое ленточное устройство для вычесывания пуха коз, универсальное устройство для механической обработки кожного покрова животных; методика и

устройства для определения качества работы режущего аппарата стригальной машинки, методика оценки качества вычесывания пуха из пухо-шерстного покрова коз; методики и стенд для определения энергетических параметров устройств для механической обработки кожного покрова.

Предложен ряд программных продуктов, позволяющих на этапе проектирования анализировать работу режущего аппарата стригальной машинки и его силовое воздействие в начальный момент резания шерсти.

Предложенные технико-технологические решения могут быть использованы проектными организациями и предприятиями сельхозмашиностроения, при разработке стратегии развития АПК или отрасли животноводства.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных научно-практических конференциях:

«Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ 1998, 2006); «Механизация, техника и технология сельского хозяйства на рубеже XXI века». (Дослидницкое, 2000); «Научно-технический процесс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли» (г. Подольск, ГНУ ВНИИМЖ, 2004, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014); «Техшчний прогрес у сшьськогосподарському виробництвЬ) XX ювшейна конференщя в ННЦ «1МЕСГ»( Глеваха, 2012). На региональных конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002). На межвузовской научно-практической конференции «Решение проблем стабилизации сельскохозяйственного производства на современном этапе развития» (Оренбург, 1999).

Аналитический материал и инженерно - технические разработки отмечены дипломами: областных конкурсов НТТМ - 99, НТТМ - 2000; IX Московского международного салона инноваций и инвестиций Москва, ВВЦ, 2009); медалью ВВЦ (2002). Приложение Д.

Публикации по теме диссертации.

По теме диссертации опубликовано 48 работ, в том числе 12 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, 6 в описаниях к патентам на изобретения и полезную модель, 4 в описаниях к свидетельствах о государственной регистрации программы на ЭВМ, 14 в материалах международных конференций..

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников (372 наименования) и приложений. Общий объем составляет 391 страницу, содержит 61 рисунок, 20 таблиц, 5 приложений.

1. Состояние проблемы, ее теоретическое и технологическое

обоснование

1.1. Состояние и перспективы развития животноводства

Животноводство в сельском хозяйстве является ведущей отраслью - в ней производится более 51% валовой продукции сельскохозяйственного производства (в 1990 г. - 63,4%, в 2000 г. - 46,8%, в 2009 г. - 50,8%, в 2012 г. - 51%). Животноводческой отраслью производятся незаменимые продукты питания для населения, сырье для перерабатывающих отраслей народного хозяйства, качество и уровень обеспеченности которыми определяет качество и продолжительность жизни населения. Доктриной продовольственной безопасности, утвержденной указом Президента от 30 января 2010 г., предусматривается увеличение удельного веса собственного производства в обеспечении потребности в молоке до 90%, мясе - 85%. Фактически, в 2013 году страна обеспечивала себя зерном на 98,4% (по доктрине продовольственной безопасности этот показатель должен составлять минимум 95%), сахаром на 92,9% (не менее 80%), растительным маслом на 81,1% (не менее 80%), молоком и молокопродуктами на 76,6% (минимум 90%), рыбой на 78,2% (минимум 80%), мясом на 77,5% (не менее 85%) (по материалам Правительства РФ к заседанию по продовольственной безопасности 27 марта 2014 г.).

Следует отметить, что в животноводстве занято на постоянной основе более 5 млн. работников, что составляет порядка 25 % всего трудоспособного сельского населения.

Затраты населения страны на приобретение продуктов питания животного происхождения составляют примерно 50% от бюджета на питание (30,5 % - на мясо, 14,4 % - на молоко и молочные продукты) [201].

Все вышеперечисленные показатели свидетельствуют о важном значении животноводства в народном хозяйстве государства.

По объемам производства продукции животноводства Российская Федерация значительно уступает передовым странам Запада [127].

В таблицах 1.1, 1.2 и 1.3 представлены сравнительные показатели: 1.1. Динамика производства продукции животноводства

Показатель Россия Германия ЕС США

-I—г 2 * Площадь, км 17125187 357021 4324782 9519431

% площадей сельскохозяйственного назначения (среднее значение за 1990 - 2012 ** годы) 13,22 49,03 47,03 45,43

Занятость в хозяйстве(% занятости, с] - 2012 годы) вельском э от общей едний за 2000 * 8,4 2 5,3 2

Производство продукции животноводства, млн тонн по годам** Молоко 1990 55,7/8,04*** 31,31 151,04 67,0

2000 32,3/4,71*** 28,33 151,32 76,02

2005 31,1/7,11*** 28,45 149,87 80,25

2010 31,84/8,16*** 29,62 148,27 87,47

2012 31,83/8,52*** 30,51 150,99 90,86

Говядина 1990 4,33/нд 2,11 10,23 10,47

2000 1,89/нд 1,3 8,42 12,30

2005 1,79/0,87*** 1,17 8,09 11,19

2010 1,72/1,11*** 1,21 8,13 12,05

2012 1,64/1,06*** 1,15 7,69 11,85

Свинина 1990 3,48/нд 4,46 19,58 6,96

2000 1,58/нд 3,98 21,72 8,

2005 1,57/0,86*** 4,5 21,78 9,38

2010 2,33/1,09*** 5,49 22,95 10,18

2012 2,56/1,07*** 5,47 22,84 10,56

По данным Всемирного банка, по данным ЕЛОБТАТ, по данным Росстата (в числителе - собственное производство, в знаменателе - импорт, нд - нет данных).

Для сравнения производства продукции животноводства нами выбраны: ЕС, Германия, США и Россия. Среди показателей выбраны наиболее существенные: производство молока, производство говядины и свинины.

Анализ приведенных данных показывает, что в России по сравнению с 1990 г. собственное производство молока сократилось на 43%, и

восстановить прежние показатели производства, к сожалению не удается на протяжении 10 - 12 лет, но при этом экспорт молока (молочных продуктов) составляет в среднем 7,93 млн. тонн молока в год (заметна тенденция к увеличению этого показателя), что составляет порядка 25 % от собственного производства, что противоречит доктрине продовольственной безопасности. 1.2. Поголовье скота и птицы в хозяйствах всех категорий (млн. голов)

1990 2000 2005 2010 2013

КРС 57,0 27,5 21,6 20 19,6

В т.ч. коровы 20,5 12,7 9,5 8,8 8,7

Свиньи 38,3 15,8 13,8 17,2 19,1

Овцы и козы 58,2 14,9 18,6 21,8 24,3

Птица нд 340,7 357,5 413,2 448,8

1.3. Производство скота и птицы на убой (в убойном весе) и молока в хозяйствах всех категорий (в млн. т)

1990 2000 2005 2010 2013

Молоко 55,72 32,26 31,07 31,84 30,53

КРС (говядина) 4,33 1,89 1,81 1,73 1,63

Свиньи 3,48 1,58 1,57 2,33 2,82

Овцы и козы 0,39 0,14 0,15 0,18 0,19

Птица 1,8 0,77 1,39 2,85 3,83

В 2000 - 2012 годах в России производство говядины по сравнению с 1990 г. сократилось на 60%, а свинины на 42,% [276, 277, 278]. Импорт продукции в среднем составляет 57,6 % говядины и 50 % свинины от объемов собственного производства, что обуславливает зависимость от зарубежных производителей и ставит под удар продовольственную безопасность России.

В то же время в Германии за последнее десятилетие, производство молока остается практически на одном уровне, отклонение от среднего объема производства с 2000 г. по 2012 г. не превышает 4,3 %. Объем произведенного молока в 2012 г. составил 97,4 % по сравнению с 1990 г., при этом Германия обеспечивает потребности населения в молоке более чем на 100 %.

Площадь земель сельскохозяйственного назначения в России на 230 тыс. км2 больше площади земель с.х. назначения всего Евросоюза, но производится в ЕС в среднем: молока в 4,7 раза, говядины в 4,8 раза, свинины в 11,1 раза больше чем в России.

Еще один не маловажный момент: численность занятого в сельскохозяйственном производстве населения (% от общей занятости) в России в 4,2 раза больше чем в Германии и США, и в 1,6 раза больше чем в среднем по всему Евросоюзу.

Причин такого состояния животноводства множество: ошибочные решения при проведении аграрной политики, сокращение объемов инвестиций в развитие отрасли, низкие уровень дотации и господдержки, сокращение поголовья скота, низкая продуктивность животных из-за широкого применения экстенсивных технологий.

Животноводство России находится в состоянии стагнации или медленного выхода из экономического кризиса, в результате чего наблюдается уменьшение производства всех видов продовольствия и поголовья животных, сокращение в отрасли более 2,5 млн. рабочих мест, практическое отсутствие отечественного сельскохозяйственного машиностроения и базы ремонта с техническим обслуживанием, сильная зависимость от поставок техники зарубежными компаниями, значительное снижение технической оснащенности ферм, низкие рентабельность и конкурентоспособность получаемой продукции.

К важным факторам, замедляющим достижения высоких показателей производства животноводческой продукции, можно отнести нарушение

оптимальных сроков проведения необходимых технологических операций по содержанию и обслуживанию животных без учета их физиологического состояния, неоптимальное планирование производственных мероприятий [202].

Таким образом, для любой подотрасли животноводства можно сформулировать общие задачи: повышение производительности труда, снижение себестоимости производимой продукции, увеличение объемов производства за счет увеличения поголовья скота и его продуктивности, выход на более высокий уровень качества получаемой продукции, что в итоге позволит повысить конкурентоспособность продукции.

По данным ВНИИМЖа [127], прогнозируется увеличение поголовья всех видов животных, а так же их продуктивности к 2020 году (табл. 4). 1.4. Прогноз развития животноводства на краткосрочную перспективу

Показатели Годы

2012 2015 2020

Поголовье крупного рогатого скота, млн .гол. 23,8 25,84 29,23

в том числе коров 9,0 9,0 9,0

Производство молока, млн. т 37,0 40,0 45,0

Производство мяса крупного рогатого скота, млн. т 2,16 2,51 2,98

Поголовье свиней, млн. гол. 20,5 35,0 45,0

Производство мяса свиней, тыс. т 2,40 2,72 3,90

Поголовье овец и коз, млн. гол. 23,5 25,0 28,0

Производство мяса овец и коз, тыс. т 0,18 0,2 0,22

Производство шерсти, тыс. т 58,7 68 84

Производство мяса птицы, млн. т 3,1 3,5 4,25

Производство мяса всего, млн. т 7,88 8,98 11,45

Прогноз развития животноводства на краткосрочную перспективу показывает, что поголовье КРС к 2020 г должно увеличиться на 23%, производство молока на 22%, мяса на 38%, поголовье овец и коз на 29 %, а производство шерсти на 43%, к показателям 2012 года. К сожалению, пока этот прогноз не оправдывается.

Основу системы животноводства составляют технологии производства. Рациональная технология - это комплекс производственных приемов по разведению, кормлению, содержанию и использованию животных,

обеспечивающих их высокую продуктивность при низкой себестоимости продукции. Технология производства животноводческой продукции очень сложна, поскольку заготавливаемое сырье (корма) перерабатывается живыми организмами, которые, в свою очередь, обслуживаются целыми комплексами технического оборудования.

Переход на рациональные технологии связан с инновационной деятельностью. Инновационная деятельность, применительно к животноводству, означает совокупность последовательно осуществляемых действий по созданию новой или улучшенной животноводческой продукции, усовершенствованной технологии и организации ее производства, на основе использования результатов научных исследований и разработок или передового производственного опыта с целью модернизации производства и выхода на новые рынки.

Учитывая изложенное, развитие животноводства возможно при переводе отрасли на более высокие технологии, при которых возможно раскрытие и использование всего генетического потенциала животных. При этом необходимо обеспечить возможность управления продукционными процессами с учетом количества и качества конечной продукции.

Известно, что из общего количества управляемых параметров наиболее важными являются: механизированные процессы, система кормления, микроклимат и ландшафтные условия, ветеринарное обеспечение, содержание животных, кадровое обеспечение, породы и племеноводство.

Роль каждого из перечисленных параметров зависит от применяемых технологий, а в целом их можно разделить по трем группам: биологические ресурсы, технологические ресурсы и кадровые ресурсы. По многочисленным исследованиям зарубежных и отечественных исследователей роль этих ресурсов оценивается как 30 %, 40%, 20% соответственно (рис. 1.1).

Но при этом в структуре себестоимости получаемой продукции по 10% затрат приходится на биологический и кадровый ресурсы, а 80 % на

технологический ресурс, при этом и доход приносимый ресурсом тоже максимальный до 40 %.

Биологический ресурс Технологический ресурс Кадровый ресурс

30% 40% 20%

Генетика стада Рабочий процесс Товаропроизводители

Формирование стада Модернизация племенного сектора Комплектация стада Кормовая база Система содержания Ветеринарный сервис Техника и энергоемкость Обучение Повышение квалификации Стажировки Стимулы

Эффективность

10% в себестоимости - 80% затрат в себестоимости - 10% затрат + социум -

30% дохода 40% дохода 20% дохода

Рис. 1.1. оль ресурсов в интенсивном животноводстве

Поэтому возникает задача - минимизировать затраты на технологические ресурсы и повысить эффективность функционирования всех рассмотренных ресурсов для всей отрасли животноводства.

Решение этой непростой задачи возможно только при комплексном рассмотрении сложной биотехнической системы «человек - машина -животное». Большой вклад в изучение надежности функционирования всей системы целиком и отдельных ее звеньев внесли: Л.П. Карташов, В.Ф. Королев, Ю.А. Цой, Л.П. Кормановский, С.А. Соловьев, А.А. Арюшин, В.Г. Коба, В.В. Кирсанов, М.М. Луценко, В.Ф. Ужик, П.И. Огородников, В.Д. Поздняков и др. ученые. В их работах достаточно подробно рассмотрены практически все аспекты функционирования системы, сформулированны факторы, определяющие ее эффективность, даны их качественная и количественная оценки. Во всех исследованиях отмечается, что функциональное состояние звена «животное» (здоровье животного) -одно из основополагающих. Это и понятно, так как биологический ресурс составляет всего 10% в себестоимости, но приносимый доход составляет порядка 30%.

Тем не менее, не все значимые ресурсы функционирования биотехнической системы исследованы в полном объеме. Не достаточно полно изучено влияние кожного покрова животного на его самочувствие и как следствие продуктивность. Тогда как многие технологические процессы предусматривают механическое воздействие на кожный покров животного (стрижка овец, вычесывание пуха, ветеринарно-санитарная обработка кожного покрова КРС, подготовка вымени к машинному доению).

1.2. Значение и влияние состояния кожного покрова животного на

его продуктивность

Одним из важнейших факторов, влияющих на качество и количество получаемой продукции, а также определяющих физиологическое состояние животного является кожный покров. Кожный покров (шйш) представляет собой прочную оболочку тела животного, с широко развитой в ней кровеносной и нервной системами. Кожа играет огромную физиологическую роль и в первую очередь через нее осуществляется постоянный контакт организма со средой обитания. Многочисленные чувствительные окончания воспринимают термические, механические, световые и болевые раздражения.

Немаловажную роль отводят коже, как выделительному органу, участвующему в обмене веществ и энергии, способствующего поддержанию температурного режима, осуществлению дыхательных функций, исключению проникновения внутрь инфекционных микроорганизмов.

Важно отметить роль кожи в ветеринарной клинике, как объекта при постановке диагноза заболевания животных.

Трудно переоценить функции кожи (рис. 1.2) в процессе жизнедеятельности. Важность состояния кожного покрова объясняется многообразием функций кожи: защитных, выделительных, терморегулирующих и анализаторских. Через кожу непрерывно осуществляется рефлекторная связь организма с внешней средой. Кожный

покров воспринимает воздействия внешней среды, обладая целым набором рецепторов (температуры, давления, боли) расположенных в эпидермисе, трансформирует их в нервный процесс или в явление нервного возбуждения, тем самым защищает организм животного. Наличие сети нервных окончаний в кожном покрове обеспечивает передачу внешних раздражений через мозговые центры различным органам и системам организма, влияя тем самым на их функции. В ответ на эти раздражения происходят изменения самого кожного покрова, он адаптируется к внешним воздействиям, путем включения сложных механизмов защиты. Это в свою очередь повышает противостояние всего организма животного к различным негативным воздействиям окружающей среды.

Рис. 1.2. Функции кожного покрова КРС

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Хлопко Юрий Александрович, 2016 год

И - И

Сэ = Иваз Ипр ^100

И- , (2.57)

'-ВАЗ

Сэ = 53,8 %

Дополнительная прибыль в расчете на один режущий аппарат:

пд0п = {иваз - ипр + дуд)• (2.58)

где АЖ = Жпр - Ж ваз

Пдоп= 288,48 руб.

Результаты расчета экономической эффективности внедрения разработанного режущего аппарата представлены в табл. 2.5.

2.5. Результаты расчета экономической эффективности внедрения

разработанного режущего аппарата за сезон стрижки

Показатели Стандартный режущий аппарат Разработанный режущий аппарат

Настриг шерсти, кг/гол. 4,500 4,561

Количество остриженных голов до затупления режущей пары, гол. 6 14

Себестоимость стрижки руб./гол. 20,65 9,53

Изменение себестоимости, руб./гол. Х 11,12

Удельные капиталовложения руб./гол. 25,0 13,11

Показатель снижения эксплуатационных расходов, % Х 53,8

Дополнительная прибыль, руб./реж.апп. Х 288,88

Выводы

1. Механизированная стрижка овец - частный случай процесса механической обработки кожного покрова животных, цель которой -получение шерсти. Следовательно, стрижку можно рассматривать как сложную биотехническую систему открытого типа. В подсистемах «человек - оператор» и «машина» могут быть задействованы несколько звеньев, в зависимости от количества обслуживаемого поголовья.

2. Рассмотрение механического обезрунивания овец с позиции биотехнической системы «ЧМЖ» позволило обосновать и предложить перспективные направления по совершенствованию процесса по четырем направлениям. Первый блок направлений - совершенствование стригальной

машинки. Второй блок направлений - повышение устойчивости протекания технологического процесса. Третий блок направлений - оптимизация технологического процесса путем внедрения прогрессивных способов стрижки и решения задач повышения квалификации и физической реабилитации исполнителей. Четвертый блок направлений - продолжение исследований по новым способам обезрунивания.

3. Разнообразие существующих технических решений, разработанных для стрижки овец, доказывает сложность и недостаточную изученность происходящих явлений при перерезании волокон шерстного покрова. Существующие способы и методы определения качества функционирования технической подсистемы не позволяют оценить работу стригальной машинки и стригаля (оператора - исполнителя) числовым показателем.

4. Теоретическое обоснование силового взаимодействия режущего аппарата стригальной машинки шерстным покровом в момент начала резания позволило определить основные конструктивно - режимные и эксплуатационные параметры определяющие энергетические затраты на перерезание шерсти. К этим параметрам следует отнести: р - угол заточки лезвия, 8 - толщина лезвия (острота), А1 - длина лезвия, И - толщина перерезаемого слоя, п - частота двойных ходов ножа и V - скорость подачи машинки.

5. Разработанные методики и оборудование для их реализации позволили:

- оценить качество работы режущего аппарата стригальной машинки;

- регистрировать энергетические параметры работы стригальной машинки при различных эксплуатационных режимах;

- оценить надежность работы режущего аппарата в условиях ускоренных испытаний;

- фиксировать и анализировать параметры заточки элементов режущего аппарата (ножа и гребенки)

6. Предложена конструкция режущего аппарата стригальной машинки, состоящая из верхней и нижней гребенок, между которыми располагается нож, совершающий возвратно-поступательное движение по прямой. Уменьшенное расстояние между зубьями гребенок минимизирует отклонение волокон шерсти при перерезании, это позволяет снизить высоту среза и образование сечки в результате повторного пробега лезвия ножа.

7. Лабораторные исследования позволили получить математические зависимости сопротивления перемещению стригальной машинки и затрачиваемой при этом мощности. Зависимости позволяют учитывать эксплуатационные параметры работы и определить их оптимальные значения при использовании предложенного режущего аппарата:

- угол наклона стригальной машинки к остригаемой поверхности ф = 0°...5°;

- частота двойных ходов ножа п = 2400. 3000 мин-1;

- скорость перемещения стригальной машинки с предложенным режущим аппаратом по поверхности кожного покрова овцы V = 0,7.1,0 м/с.

Производственные исследования показали, что применение разработанные технические решения позволили:

- увеличить настриг шерсти, за счет более низкого среза шерсти;

- увеличить продолжительность работы режущего аппарата между переточками и остригать за это время 12. 14;

- уменьшить сопротивление перемещению стригальной машинки и мощность на 13.18 % в сравнении со стандартным режущим аппаратом МСУ - 200.

8. Анализ экономической эффективности предложенных технических решений показал, что себестоимость стрижки снижается с 20,65 руб/гол. до 9,53 руб/гол., удельные капитальные вложения в режущий аппарат стригальной машинки уменьшаются с 25,0 руб/гол. до 13,11 руб/гол. Эксплуатационные расходы снизились на 53,8 %.

3. Обоснование технико-технологического процесса механической обработки кожного покрова коз

3.1. Анализ проблемы механического вычесывания пуха коз

Наблюдаемое в последние десятилетие увеличение поголовья пуховых коз [164, 165, 215, 217, 260, 276, 277, 278, 284, 288, 289, 348] позволяет предположить, что наметилась тенденция к возрождению отрасли пухового козоводства. К сожалению, следует констатировать низкий уровень механизации технологических процессов в рассматриваемой отрасли. Крайне слабо механизированы процессы обработки кожного покрова - чески пуха, ветеринарно-санитарной обработки [269, 270, 280]. Если для ветеринарно-санитарной обработки кожного покрова системой машин предусматривается использование специализированного оборудования для распыления ветеринарных препаратов или купочных ванн или установок, то вычесывание пуха в большинстве случаев (до 98%) осуществляется ручными гребнями. Разработанные механические устройства для чески пуха (АВМ, барабанная установка и т.д.), зачастую травмируют кожный покров коз даже на самых щадящих режимах. Эвакуация пуха из зоны обработки осуществляется вручную, теряется качество получаемой продукции (нарушается целостность прядей, происходит разрыв волокон).

Еще одним очень важным аспектом рассматриваемого технологического процесса является его сезонность, сжатые сроки проведения. Возникает проблема с отсутствием квалифицированных чесальщиков пуха. Зачастую, в хозяйствах для чески привлекают не подготовленных людей [232], более 40% это - не задействованные в зимний период на полевых работах механизаторы, 17.19% составляют домохозяйки, 10.12% работники животноводства, 29.33% школьники старших классов, ИТР и служащие хозяйства или просто случайные люди, приглашаемые со стороны. По сведениям В.Д. Позднякова [232], не более

26.28% привлекаемых к процессу работников прошли подготовку на 2х -3х дневных зооветкурсах в хозяйствах, остальные не проходят подготовку вообще, а работу выполняли по принципу «делай как сосед». И как следствие такого подхода в организации процесса - снижение качества обработки кожного покрова, производительности труда, качества получаемого пуха.

При ручном вычесывании - чесальщик совершает от 1500 до 2000 вычесывающих движений кистью руки, прикладывая при этом значительные физические усилия. В результате кисть испытывает 2х, 3х кратные перегрузки, что, конечно же, сказывается на утомляемости отдельных наиболее нагруженных мышц или целой группы мышц, состоянии опорно-двигательного аппарата исполнителя, что в целом снижает функциональную надежность оператора, а это приводит к травмированию кожного покрова козы.

Следует также отметить, еще один проблемный аспект процесса вычесывания - неоднородность обслуживаемых животных: форма, размеры, ответные реакции на проводимые механические воздействия, неравномерность созревания пуха на поверхности тела животного. Для качественного вычесывания требуется проведение дополнительных подготовительных операций по подготовке к основному вычесыванию [97].

3.2.Ческа коз с позиции сложной биотехнической системы «человек-машина-животное»

Процесс вычесывания пуха коз - частный случай механической обработки кожного покрова животных, цель которого получение высококачественного пухового волокна. Кроме того вычесывание является одним из основных звеньев технологической цепочки получения продукции пухового козоводства. От того, на сколько правильно будет организован процесс, совершенны средства механизации будут зависеть качество полученного пуха и его технологические свойства при дальнейшей

переработке, физиологическое состояние козы и ее последующая продуктивность. Отечественные ученые Р.С. Суюнчалиев, Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков, В.А. Ротова и др. отмечают в своих работах [135, 140, 236, 261, 292] актуальность процесса вычесывания пуха и рассматривают его с позиций биотехнической системы «Ч-М-Ж». Чесальщик через рабочие элементы технического звена контактирует непосредственно с биологическим звеном «животное» и рассматривается как производитель продукции, в определенной степени определяющий эффективность процесса: качество и количество получаемого пухового волокна, физиологическое состояние животного.

Продуктивная составляющая системы «Ч-М-Ж» зависит во многом от требований, предъявляемых подсистемами друг другу. Необходимо так настроить работу системы в целом, чтобы техническая подсистема полностью или большей степени соответствовала возможностям «человека -оператора» компенсируя при этом его недостатки, кроме того оказывая силовое воздействие на кожный покров животного учитывала физиологические требования и особенности животного.

Внимательное рассмотрение процесса вычесывания с позиций сложной биотехнической системы позволит обосновать перспективные направления по совершенствованию процесса чески пуха коз, поэтому рассмотрим каждую из подсистем сложной биотехнической системы «Ч-М-Ж».

3.2.1. Подсистема «человек - оператор»

Плодотворная деятельность чесальщика пуха коз во многом зависит от требований, предъявляемых со стороны остальных подсистем «машина» и «животное», его психофизиологических особенностей и устойчивостью к физическим и социально - психологическим нагрузкам. По мнению исследователей [32, 33, 56, 78] настройка связи между звеньями «человек» и «машина» играет определяющую роль для достижения конечного результата.

Механическая составляющая сложной биотехнической системы должна полностью соответствовать человеческим возможностям и компенсировать недостатки, которые в той или иной мере присущи человеку - оператору системы, при рассмотрении его с позиции техники.

Как правило, некоторые функциональные возможности технических устройств превосходят возможности человека. При сравнении человека и машины было не однократно доказано, что человек хуже выполняет такие функции как контроль над результатами действий машин или людей, выполнение монотонных повторяющихся операций, расходование энергии с дозированной постепенностью и определенной точностью [98, 159, 345, 346].

Организация трудовой деятельности оператора подразумевает возможность учета его возможностей и потребностей, включая потребность в трудовом творчестве. Базовыми критериями оценки плодотворной деятельности оператора системы являются: производительность труда, скорость выполнения отдельных рабочих действий, процент правильно выполненных производственных задач [135, 354].

Рассматривая трудовую деятельность чесальщика, следует обратить особое внимание на энергетическую составляющую процесса. Как было сказано выше, процесс вычесывания пуха очень трудо- и энергоемок. При вычесывании оказывается энергетическое воздействие на выполнение вспомогательных операций (фиксация объекта воздействия, удержание животного в определенном положении) и основных (расчесывание косиц, вычесывание пуха, удаление загрязнений с поверхности шерстно-пухового покрова). Минимизировать затраты энергии можно применяя более совершенные устройства для вычесывания, обладая знаниями физиологических особенностей процесса, выполняя рациональные технологические приемы.

В исследованиях трудовой деятельности чесальщиков пуха В.Д.Позняковым и В.А. Ротовой [237, 238] отмечается, что процесс получения пуха на протяжении всей фазы работы контролируется

оператором по зрительным, слуховым каналам от животного, а также от средства воздействия (вычесывающего устройства). Качество полученного продукта оценивается визуально во время сортировки при помощи вспомогательных средств (линейка для определения длины пухового волоса, образцов для определения тонины, динамометр для проверки крепости пуха и т.д.). Качество протекания самого процесса определяют по выходу продукции и качеству вычесанного пуха. Продолжительность воздействия исполнителя на объект чески составляет от 20 до 50 минут традиционным ручным гребнем, при этом наибольшая нагрузка приходится на руки (кистевые и локтевые суставы 70-80%), предплечье (10-15%), ноги и корпус (10-12%). В связи с этим очевидным является необходимость разработки нового, более совершенного технологического устройства для чески пуха, которое позволит сократить затраты времени и физической энергии исполнителя, позволив облегчить его труд.

В.Д. Поздняков [232], отмечая значение проблемы подготовки чесальщиков пуха пишет, что: не прошедшие специальную подготовку и не обладающие прочными сенсорно-моторными навыками чесальщики допускают большое число нарушений при обращении с животными. Эти нарушения впоследствии приводили к преждевременному прекращению беременности козоматок, в 30.35 % случаев наблюдались травмирования кожного покрова коз (особенно на брюшном и шейном участках, ляжках ног).

Специфика рассматриваемой биотехнической системы требует учитывать, что при совершенствовании конструкции вычесывающих устройств и процесса чески как такового, в большинстве случаев наличие «живого движения» является необходимым.

Чесальщик пуха не только оператор, а исполнитель производственного процесса, источник физической энергии, грамотность и профессиональные навыки которого в значительной мере содействуют достижению конечной

цели, но некоторым образом и усложняет взаимосвязь звеньев в рассматриваемой системе.

Технология чески пуха у коз становится рациональной, только основываясь на знании исполнителем анатомо-физиологических особенностей животного (строение организма, топограммы кожного покрова), грамотном использовании технических показателей гребенок со своими функциональными возможностями и в большинстве случаев определяется профессиональным уровнем. Эффективность процесса чески пуха зависит от оператора, его профессиональной подготовки, физического и эмоционального состояния; от типа вычесывающей машины, ее соответствия техническим требованиям. Большое значение имеет состояние животного, его шерстно-пухового покрова, условий содержания, половозрастных характеристик.

Квалифицированное обслуживание, а также использование гребней, отвечающих техническим требованиям, обеспечивает целостность кожного покрова животного, при этом не травмируя его, животное не испытывает стресс, сохраняется его генетический потенциал.

3.2.2. Подсистема «машина»

Вычесывание пуха осуществляют с помощью специальных гребней, представляющих собой небольшую лопатку с деревянной или пластмассовой рукояткой. Гребни изготавливают нескольких модификаций: для расчесывания косиц (зубья расположены редко), для основной чески и для дочесывания. Гребни для основной чески имеют рукоятку, в которой закреплены от шести до восьми зубьев длиной 60.110 мм, изготовленных из пружинной проволоки диаметром 2.4 мм. На свободном конце зубья загнуты по радиусу 10.25 мм. Шаг их расстановки (расстояние между концами соседних зубьев) составляет 10.15 мм. Ширина захвата гребня - 70.120 мм.

Зубья гребней для дочесывания тоньше, их изготавливают из проволоки диаметром 2.2,5 мм, с шагом 5.6 мм. Радиус загиба свободного конца зубьев составляет 6.8 мм. Исполнитель, используя эти гребни, расчёсывает шерстно-пуховой покров, извлекая при этом основную часть пуха.

Эти гребни просты в изготовлении, затраты на их изготовление не значительны. Вместе с тем ческа пуха такими гребнями - работа трудоемкая, требующая значительных физических усилий. На протяжении длительного периода принимаются меры по усовершенствованию средств для ручной чески пуха и механизации этого процесса. К разработанным на данный момент средствам для ручного расчесывания и вычесывания пуха относят: скребок, двухсторонний гребень для чески пуха коз, гребень с защемляющими пластинами, гребень для чески пуха и универсальный гребень - гребенка. Так же были предложены и механические устройства для вычесывания пуха, вибрационная машинка АВП-1 и установки барабанного типа.

Попытки механизировать вычесывание пуха начали предпринимать в СССР с середины 50-х годов двадцатого столетия, оригинальные конструкции, схемы и обозначения которых приведены в табл. 3.1. Так Г. Султановым было предложено устройство для прочесывания шерсти и вычесывания пуха у животных [30]. Устройство выполнялось в виде вращающегося барабана, с прочесывающими гребенками, установленными в торцевых стенках барабана. Гребенки снабжены роликами входящими в замкнутые фасонные пазы копиров. Привод устройства осуществлялся через гибкий вал стригальной машинки. Перемещая барабан с вращающимися гребенками на прикрепленных полозьях по кожному покрову, гребенки поочередно выходят и заходят внутрь барабана - благодаря копиру. Вычесанный пух, снимался с устройства войлочным съемщиком.

Преимущество предлагаемой конструкции заключается в минимальном контакте вычесывающих элементов с кожным покровом, что снижает вероятность нанесения травм и причинения болевых ощущений животному.

3.1. Устройства для механической обработки кожного покрова коз

Авторы, № авторского свидетельства

Схема устройства

Позиции

3

Г. Султанов АС № 98382 [30]

1. рукоятка

2. зубья

3. ролики

4. замкнутые пазы

5. полозья

И.С. Салихов АС №120074 [7]

1. чесальный барабан

2. приводной вал

3. крышки

4. рукоятка

5. лопатка отражатель

6. сборник пуха

А.В. Перчихин, Р.С. Суюнчалиев, И.Ф. Купряшкин,

С.А. Татарчук АС № 474324 [3]

1. барабан

2. вал

3. зубья

4. водило

5. кожух

6. патрубок

А.В. Перчихин, Р.С. Суюнчалиев, И.Ф. Купряшкин,

С.А. Татарчук АС № 475983 [4]

1. корпус

2. вычесывающие зубья

3. дополнительные зубья

4. поворотная стойка

А.В. Перчихин, Р.С. Суюнчалиев, И.Ф. Купряшкин,

С.А. Татарчук АС № 513677 [5]

Р.С. Суюнчалиев, ВВ. Шевцов АС № 1287807 [1]

Р.С. Суюнчалиев, В.В. Шевцов [292]

1. корпус

2. привод

3. гребенки

4. эксцентрики

5. вал

6. коническая шестерня

1. зубодержатель

2. ряд зубьев

3. пластины

1. зуб

2. стержень зубодержателя

3. рукоятка

1

2

3

В.М. Мощенко, Я.Я. Савинцев АС № 514592 [6]

1. неподвижная гребенка

2. вращающийся колен. вал

3. чистики

4. подвижная гребенка

5. патрубок пухосборника

В.А. Гришин, Н.А.Сальникова АС № 1428326 [2]

1. поочередно выдвигающиеся гребенки

2. поршень

3. шток

4. корпус

5. пневмокамера

6. подача сжатого воздуха_

Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков [140]

1. рамка

2. основание

3. ручка

4. соединитель

5. пластины с зубцами

Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков, В.А. Сечин, И.Н. Тенищев АС № 2040166 [228, 246, 247]

1. пакет с зубьями

2. зубья

3. верхняя пластина

4. ручка

5. фиксатор

6. ремешок

Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков [95]

1. пакет зубьев

2. основание

3. державка

4. обратный конус

5. зажим цапфовый

6. пружина

7. кнопка

8. ручка

Л.П. Карташов, В.Д. Поздняков [140]

1. пакет сменных гребней

2. основание

3. планка

4. соединитель

5. обойма

6. рукоятка с фиксирующим ремешком

1

2

3

Р.С. Суюнчалиев, ВВ. Шевцов [352]

1.стойка

2. каретка

3. поворотная штанга

4. электродвигатель

5. шарнирно-балансирный механизм

6. клиноременная передача

7. барабанный рабочий орган

8. вычесывающие гребни

9. опорно-расчесывающие зубья

10. стеллаж

11. противовес_

1

2

Недостаток устройства - его масса, кроме того, вычесанный пух накапливается на рукоятке и высока вероятность его наматывания на вал барабана. Использование гибкого вала для привода, ухудшает маневренность устройства.

И.С. Салихов предложил чесальный аппарат [7], позволяющий не только вычесывать пух, но и очищать поверхность шерстно-пухового покрова от загрязнений, с удалением в специальный сборник. Аппарат представляет собой барабан с закрепленными двумя гребенками и лопастными крыльчатками. Корпус барабана закрыт кожухом. Вращение барабана с крыльчатками создают в кожухе воздушный поток. Игольчатые зубья гребенок захватывают волокна пуха, тем самым осуществляют вычесывание. Воздушным потоком пух (сор), снимается с зубьев гребенок и направляется специальный сборник.

К достоинствам этого аппарата можно отнести наличие сборника, т.е. можно от каждого животного отдельно собирать пух, что во многом упрощает зоотехнический учет по животным.

Недостатки примерно такие же, как и в устройстве Г. Султанова: громоздкость аппарата, значительный вес, использование в качестве привода шарнирного механизма и гибкого вала от стригальной машинки. При определенном положении шарнирного механизма - резко увеличивается крутящий момент, что негативно сказывается на удержании аппарата

исполнителем. Кроме этого, аппарат не позволяет вычесывать пух в труднодоступных местах кожного покрова животного.

Следующий ряд устройств разработан коллективом авторов из ВНИИЭСХа.

А.В. Перчихиным, Р.С. Суюнчалиевым предложено устройство для вычесывания пуха животных [3]. Эта конструкция - усовершенствованное устройство Г. Султанова. Для более качественного вычесывания пуха, авторы предложили закреплять зубья гребенки шарнирно, при этом подпружинивая их, а взаимодействие с кулачком обеспечивать с помощью водила с роликом. Зубья предлагается выполнять Г-образной формы. При обработке спутанного шерстного покрова зубья независимо друг от друга отгибаются относительно оси на которой закреплены, под действием сил сопротивления. Это приводит к их выглублению, исключая при этом травмирование животных.

Преимущества конструкции - более качественное вычесывание, вычесанный пух собирается в отдельный сборник.

Недостаток - волокна вычесанного пуха не полностью снимаются зубьев, что приводит к их наматыванию на барабан и заклиниванию зубьев. В конечном итоге требуется останавливать устройство для разборки и отчистки от пуха.

Этим же авторским коллективом [4] разработана новая машинка для вычесывания пуха животных. Машинка представляет собой корпус, в который вмонтирован электродвигатель, через привод он связан с рядом вычесывающих зубьев совершающих колебательные движения. С целью сокращения потерь пуха и облегчения его съема с зубьев на машинке установлена дополнительная подпружиненная гребенка, управлением которой добиваются более полного вычесывания.

Маневренность машинки позволяет извлекать пух из труднодоступных мест на кожном покрове козы. Электродвигатель облегчает отделение пуховых волокон из шерстно - пухового покрова.

Но, недостаток заключается в том, что исполнитель использует машинку, так же как и обычный гребень, т.е. ему приходиться затрачивать усилие на извлечение машинки из покрова животного, нагружая при этом кистевой, локтевой и плечевой суставы.

Для устранения этих недостатков, А.В. Перчихин и Р.С. Суюнчалиев предложили другую конструкцию машинки для вычесывания пуха животных в 1976 г. [5].

Целью создания новой конструкции послужило устранение вибрации корпуса машинки и снижение усилия исполнителя при вычесывании пуха. Для этого, конструкцию машинки предложили снабдить дополнительной гребенкой, установленной с возможностью колебания со смещением по фазе на 180° относительно основной гребенки. В процессе работы машинки пуховые волокна подвергаются интенсивному тереблению, что приводит к снижению усилия удержания пуха в шерстном покрове.

Но, так как зубья гребенок фактически вырывают тереблением волокна пуха, происходит разрыв этих волокон, что приводит к снижению качества полученного пуха, ограничивая при этом возможности его использования.

В 1987 г. Р.С. Суюнчалиев, В.В. Шевцов и др. предложили модернизировать ручные устройства для вычесывания пуха животных [1]. Устройство представляло собой гребенку, между зубьями которой расположены пластины, длиной 0,5.0,7 длины зуба, что по замыслу авторов облегчит внедрение в шерстно-пуховый покров. За счет лучшего защемления пуховых волокон между пластинами и зубьями, увеличивается площадь контакта с пластинами, обеспечивая при этом более полное извлечение пуха.

Свое развитие это устройство получило в гребне, разработанном тем же авторским коллективом. В гребне с защемляющими пластинами, зубья выполнены съемными [292]. В нем предусмотрена возможность устанавливать вычесывающие элементы под различным углом и на различную длину. Достоинство этого гребня - в наличии специальных

пластин между зубьями, способствующих лучшему извлечению пуха из шерстно-пухового покрова.

Конец зуба длиной 10 мм заострен с закруглением кончика по радиусу 1 мм. В момент извлечения зубьев из шерстно-пухового покрова, волокна ости и пуха защемляются между пластиной и зубом, что способствует лучшему извлечению пуховых волокон.

Недостатки гребня с защемляющими пластинами заключаются: в форме зуба, который представляет собой заостренный клин, зачастую травмирующий кожный покров животного, и в несоответствии конструкции рукоятки анатомо-морфологическим показателям кисти руки исполнителя, что оказывает существенное влияние на его утомляемость.

Для повышения производительности труда чесальщиков коллективом Р.С. Суюнчалиева разработаны пухо-чесальные устройства двух типов -вибрационные и барабанные.

Пухочесальный агрегат с вибрационными машинками АВП-1, прототипом которого послужила ранее описанная конструкция [5]. Агрегат состоит из преобразователя частоты тока типа ИЭ-9405, электропусковой аппаратуры и 12 вибрационных машинок. ИЭ-9405 преобразует ток промышленной частоты напряжением 220/380 В в ток 36 В и частотой 200 Гц.

Машинка состоит из верхней и нижней гребенок, корпуса, электродвигателя и передаточного механизма, с помощью которого гребенки получают возвратно-поступательное движение от вращающегося вала электродвигателя.

Пять зубьев верхней гребенки длиной 112 мм расположены между шестью зубьями длиной 124 мм нижней гребенки. Выполнены они из пружинной проволоки диаметром 3 мм, с радиусом закругления 14 мм и заостренным на 10 мм концом. Шаг расстановки зубьев в каждой гребенке составляет 17 мм. Смещение их концов в продольном направлении

составляет 12.24 мм. Гребенки двумя винтами прикреплены к ползунам, перемещающимся в продольном направлении.

Основным недостатком пухочесального агрегата с вибрационными машинками АВП - 1 является увеличение нагрузки на руку оператора за счет большого веса и постоянной вибрации, связанной с работой механизма. Вычесанный пух защемляется между зубьями аппарата, что затрудняет его дальнейший съем и приводит к деформации пуха и его разрывам. Значительная часть пуха вычесывается клочками и разлетается в стороны.

Установка для вычесывания пуха барабанного типа, разработанная в ВИЭСХе Р.С. Суюнчалиевым и В.В. Шевцовым [352] состоит из стойки с поворотной штангой, каретки, барабанного рабочего органа с приводом и шарнирно-балансирного механизма.

Стойка выполнена из трубы диаметром 56 мм и крепится к станку для фиксации животных. Поворотная штанга представляет собой трубу диаметром 27 мм, длиной 1100 мм, установленную на высоте 1760 мм на стойке с возможностью поворота. Каретка состоит из корпуса и опорных роликов.

Рабочий орган состоит из корпуса, дискового барабана, на поверхности которого по винтовой линии установлены вычесывающие гребни, и жестко закрепленных на корпусе опорных зубьев, наличие которых предотвращает травмирование животного. Корпус вместе с опорными зубьями, имеющими саблевидную форму, выполнен поворотным относительно оси вращения барабана, что позволяет во время работы изменять заглубление вычесывающих зубьев в шерстно-пуховой покров.

Привод рабочего органа состоит из электродвигателя и двухступенчатой клиноременной передачи. Шарнирно-балансирный механизм с противовесом обеспечивает плавное перемещение рабочего органа и его равновесие во время работы.

Пух вычесывают на специальном стеллаже для фиксации животных. При работе установки животное укладывают на бок. Фиксируют верхнюю

заднюю ногу и голову так, чтобы кожа животного находилась в растянутом состоянии, остальные три ноги фиксируют вместе.

Основными недостатками как вибрационного, так и барабанного устройств является неравномерность обработки шерстно-пухового покрова. Зубья попадают в шерстно-пуховой покров случайным образом, что при вычесывании ведет к излишней повторной обработке одного и того же участка кожного покрова. В тоже время, могут оставаться участки, которые ни разу не подверглись обработке. Контролировать число повторно обработанных борозд при таком способе чески невозможно. Это приводит к увеличению риска травмировать кожный покров животного и дополнительным энерго- и трудозатратам.

Оба устройства для чески пуха имеют небольшую площадь соприкосновения с шерстно-пуховым покровом животного, что не позволяет обеспечить процесс вычесывания должным образом, переводя его в процесс теребления пуха.

Еще один недостаток - отсутствие на устройствах каких-либо приспособлений для автоматического съема с зубьев вычесанного пуха и, как следствие, дополнительные затраты рабочего времени на проведение операции по удалению пуха с зубьев. Так, при ческе с помощью машинки вибрационного типа, накопленный на гребне пух снимают свободной рукой без остановки машинки. В устройстве барабанного типа, хотя съем пуха с зубьев гребенки и производится с помощью специального механизма, расположенного в корпусе и обеспечивающего непрерывность работы установки, но чаще всего пух приходится счесывать с зубьев вручную.

Развитие пухового козоводства в Горном Алтае, способствовало развитию оборудования для вычесывания в этом регионе. Так, в 1976 г. сотрудниками опытного проектно - конструкторского бюро Алтайского НИИ земледелия и селекции с.х. культур В.М. Мощенко и Я.Я. Савинцевым [6] предложен свой вариант машинки для вычесывания пуха животных.

Машинка состоит из неподвижной гребенки, зубья которой одновременно являются пазами для зубьев подвижной гребенки, приводимой в движение вращающимся коленчатым валом. В результате перемещения машинки по кожному покрову неподвижной гребенкой совершается расчесывание шерстно - пухового слоя, а зубьями подвижной гребенки, имеющими профиль пилы происходит выдергивание волокон пуха. Специальными чистиками, установленными над подвижной гребенкой, происходит съем пуха, который поступает во всасывающий патрубок, выполняющий так же функцию рукоятки машинки.

Наличие двух гребенок, одна из которых не подвижная, позволяет расчёсывать шерстный покров, что можно отнести к положительным сторонам этой конструкции. Но, необходимость использовать сложный привод коленчатого вала для работы подвижной гребенки, а также необходимость вакуума для всасывающего патрубка сильно снижают маневренность машинки и увеличивают ее массу, а это негативно сказывается на производительности. Кроме этого, профиль пилы на зубьях подвижной гребенки способствует разрыву пуховых волокон, что снижает его технологическую ценность в последующей переработке.

Предпринимались так же попытки создать машинку для вычесывания пуха коз, используя пневмопривод. Так, В.А. Гришин и Н.А. Сальникова [2] предложили такую машинку, но из-за сложности конструкции и необходимости источника сжатого воздуха, она не получила дальнейшего развития.

На кафедре «Механизация животноводства» Оренбургского ГАУ Л.П. Карташовым и В.Д. Поздняковым разработаны несколько устройств для проведения процесса вычесывания пуха.

Скребок - гребень для очистки волосяного покрова от мусора и расчесывания спутавшихся косиц [140]. Скребок представляет собой рамку с набором (пакетом) поперечных стальных пластин с зубцами, имеющими волнистый профиль и загнутыми в противоположные стороны. Высота

зубцов и шаг в крайних пластинах больше, чем в остальных. Профиль и геометрические размеры зубцов позволяют улучшить процесс расчесывания волосяного покрова, удаления механических загрязнений с поверхности кожного покрова. Нагрузка на руку исполнителя уменьшается, так как выступающий профиль зубцов контактирует с поверхностью кожного покрова животного не по всей ширине скребка-гребня.

Комплект поперечных пластин устанавливается в рамке на направляющем штоке и плотно стягивается винтами с распорными втулками.

При необходимости пластины могут быть переставлены местами, используя соединитель, возможно изменять угол установки ручки по отношению к основанию рамки, что так же способствует снижению нагрузки на руку исполнителя.

Недостаток конструкции, по нашему мнению, заключается в том, что профиль пластин зубчатый, с заостренными краями, а это повышает риск нанесения травмы кожного покрова животного и нарушения целостности волокон пуха, снижая при этом его качество.

Предложенное в 1992 году Л.П. Карташовым В.Д. Поздняковым приспособление для вычесывания пуха у животных [246, 247], состоит из: пакета с зубьями, активная часть которых имеет строго определенную форму; пластин, которые зажимают пакет зубьев; фиксатора и специального ремешка для закрепления гребня на ладони и у запястья. Все эти элементы крепятся на ручке, которая по форме и размерам соответствует анатомическим показателям руки человека. При такой фиксации гребень становится «продолжением» руки и значительно снижает нагрузку на запястье.

В зависимости от технологической операции (расчесывание, основная ческа, дочесывание) шаг зубьев в пакете может изменяться. Геометрическая форма зубьев, конфигурация и размеры активной части позволяют легко входить в шерстный покров, расчесывать его, вычесывать пух.

Для исключения произвольного сползания пуха с накопителя в активную зону, в нижней части предусмотрен специальный фартук из эластичного материала.

Недостатком приспособления для вычесывания пуха у животных является то, что вычесывающие элементы представляют собой пакет зубьев, жестко закрепленных на планке. Таким образом, при поломке одного-двух зубьев гребень приходит в негодность. Кроме того, конструкция гребня не позволяет регулировать положение зубьев, что приводит к снижению адаптации к анатомо-морфологическим и функциональным особенностям человека.

Двухсторонний гребень для чески пуха коз, разработанный тем же коллективом, с одной стороны имеет короткие зубья, а с другой - длинные [95]. Сторона с короткими зубьями используется для удаления механических загрязнений и расчесывания косичек шерсти, а сторона с длинными зубьями применяется для вычесывания пуха. Длинные зубья имеют переменную кривизну, что позволяет им легко входить в шерстный покров и эффективнее теребить пучки пуха. Для приведения в рабочее положение той или иной стороны, гребень снабжен специальным приспособлением, состоящим из цапфового механизма, пружины и кнопки. Длинные зубья имеют переменный радиус кривизны, кончик зуба скошен под углом 30 - 320 и выполнен в форме «лопатки».

Недостатком двухстороннего гребня для чески пуха коз является пакет зубьев, жестко закрепленных на планке. При поломке одного-двух зубьев гребень приходит в негодность. Сложно извлекать вычесанный пух.

Универсальный гребень - гребенка для вычесывания пуха у животных [140, 228], позволяет частично облегчить труд оператора за счет своих конструктивных особенностей.

Изогнутая форма ручки гребня, обеспечивает захват фалангами четырех пальцев руки снизу, а большим пальцем сверху или внахлест. Благодаря чему становится возможным изменение взаимного расположения

сменного пакета с зубьями и ручки в горизонтальной, вертикальной и поперечной плоскости за счет того, что имеется шарнирное соединение.

Гребень - гребенка, состоит из сменного пакета, содержащего зубья, основание и планку, соединенные между собой, а также шарнирного соединения, представляющего собой полусферу и сферический наконечник, соединенные между собой. Сферический наконечник соединяется с ручкой, на которой закрепляется дополнительное крепление гребня к запястью.

Недостатком универсального гребня - гребенки для вычесывания пуха у животных, как и других гребней для ручной чески пуха, является большая нагрузка на руку чесальщика, приводящая к большому расходу физической энергии и быстрой утомляемости чесальщика.

Таким образом, приведенный обзор технических средств и устройств позволяет разделить все устройства для вычесывания пуха на: гребни, гребенки, электромеханические машинки вибрационного или барабанного типа и предложить классификацию рис. 3.1

Рис. 3.1 Классификация устройств для вычесывания пуха коз

Вычесывание пуха любым из перечисленных выше устройств, операция трудоемкая, требующая от исполнителя больших физических усилий. Максимальный эффект от механизации процесса будет достигнут при условии, если средство отвечает требованиям технологии или наоборот, технология предусматривает применение этих средств. Благодаря применению механических средств [166, 189, 297], можно значительно снизить усилие исполнителя при вычесывании пуха, ускорить выход пуха и уменьшить количество извлекаемых остевых волокон. Тем не менее, процесс чески пуха коз до сих пор практически остается ручным.

3.2.3. Подсистема «животное»

Обзор и анализ специализированной литературы показал, что этой проблеме посвящены исследования ученых - П.А. Есаулова, Р.С. Суюнчалиева, В.Д. Позднякова, Л.П. Карташова, В.А. Родионова, В.А. Сечина, М.В. Сычевой, В.А. Ротовой, А.И. Ерохина, С.А. Ерохина, Л.С Исаченко, А.И. Жигачева, И.С. Лукьяновой, Ю.А. Колосова, Е.Б. Запорожцева, В.И. Кисель, Е.Я. Лебедько, Л.Н. Никифоровой, и др.

Коз пуховых пород разводят в различных регионах страны: на Северном Кавказе, в Поволжье, на Южном Урале, в Горном Алтае [119, 350, 351]. К пуховым породам коз относят: оренбургскую, придонскую, горноалтайскую, а также несколько пород в Средней Азии.

Пуховые козы - в основном крупные животные крепкой конституции, с хорошо развитым костяком, глубокой грудью, крепкими копытами. Шерстный покров состоит из грубой ости и тонкого мягкого пуха, переходной волос - в небольшом количестве. Шерстный покров коз содержит мало жиропота, поэтому при стрижке шерстный покров распадается на отдельные косицы.

По строению шерстного покрова пуховых коз делят на две группы:

- к первой группе относятся козы, у которых пух короче ости, пуховое волокно скрыто и составляет нижний ярус, к ним относятся козы оренбургской породы и ее помеси, а также узбекские, киргизские и горноалтайские.

- у коз второй группы, пух по длине равен или больше ости. Такое строение шерстного покрова характерно для коз придонских, узбекских черных и киргизских придонского типа.

Отечественные породы коз имеют хорошую пуховую продуктивность (табл.3.2).

Наши исследования, в основном, проводились на козах Оренбургской породы. Живая масса взрослых коз от 25 до 38 кг, козлов - от 35 до 64 кг. Продуктивность коз средняя: с каждого животного начесывают по 250-380 г пуха и настригают до 350 г грубой шерсти. В зависимости от районов разведения, начесы пуха могут быть и выше 300-450 г. [68].

Наличие грубой ости средней тонины 85,3 микрона, длиной 8-10 см и тонкого пуха (подшерстка), тониной 14-16 микрон, длиной 5-6 см -отличительная особенность коз Оренбургской породы.

3.2. Продуктивность и качественные показатели пуха коз

Порода коз Живая масса, кг Начес пуха, г Длина пуха, см Тонина пуха, мкм

козы козлы

Горноалтайская 25 - 32 32 - 54 490 - 850 7,3 - 9,3 17,1 - 18,0

Дагестанская грубошерстная 25 - 35 32 - 60 180 - 440 7,8 - 9,8 15,8 - 18,9

Оренбургская 25 - 38 35 - 64 250 - 450 5,0 - 6,4 14,1 - 16,2

Тонина пуха - признак, по которому определяют технологические свойства пуха [45]. В зависимости от породы, тонина изменяется от 14 до 23 микрон. Тонина изменяется с возрастом животного, зависит от кормления.

Длина пуха зависит от породы пуховых коз. Самым длинным пухом обладают животные: придонской породы 11-13 см, горноалтайской 7-9 см, оренбургской 5-6,2 см.

У козлов-производителей пух длиннее, чем у маток, у молодняка он короче, чем у полновозрастных животных. По литературным данным [152, 285], пух у коз пуховой породы появляется на поверхности кожи в августе. Наиболее быстро он растет в осенние месяцы: сентябрь, октябрь, ноябрь. К концу января пух, как правило, прекращает рост, в феврале начинается его линька. Как правило, на спине пух короче, чем на боку и лопатке. На ляжках, брюхе, шее - пух короче, чем на спине.

Еще один важный показатель качества пуха - крепость [206, 210]. От крепости зависит прочность пуха. На крепость пухового волокна в большей степени, чем на другие его физические свойства, влияет полноценность кормления. Крепость пуха колеблется в зависимости от его тонины. Разрывная нагрузка одного пухового волокна в среднем равна 5,95 г и колеблется в зависимости от тонины пуха от 4,1 до 10,1 г. По относительной и абсолютной крепости пух Оренбургской породы превосходит пух придонских коз, равноценный по тонине.

Большое влияние на качество пуха оказывают сроки чески коз [155, 293, 347].

Пух получают путем механической обработки кожного покрова козы, вычесывая его из шерсти в период естественной линьки коз. Ческе подлежат козы пуховых пород, их помеси и грубошерстные козы с хорошо развитым пуховым подшерстком. Ческу пуха коз начинают в феврале - марте; при этом конкретные сроки определяются временем начала линьки пуха у коз, что зависит от хозяйственно-климатических условий содержания, состояния упитанности, их пола и возраста. Интенсивность линьки напрямую зависит от упитанности животного. Для получения качественного пуха, необходимо точно определить начало его линьки. К вычесыванию пуха приступают, когда на поверхности шерстного покрова коз появятся первые вылинявшие

волокна и при поглаживании рукой по внутренней стороне развернутых косиц шерсти пух будет легко отделяться от руна. При преждевременной ческе пух рвется, снижается его качество, животные испытывают болевые ощущения. Позднее начало чески приводит к потере пуха, частичному его сволакиванию и большому засорению остью.

Линька пуха у коз протекает постепенно. Поэтому пуховых коз чешут дважды с интервалом в 2 - 3 недели между первой и второй ческой. В первую ческу получают основную, наиболее ценную пуховую продукцию, менее засоренную остью.

Для проведения чески пуха выделяются чистые, сухие, хорошо проветриваемые помещения, оборудованные противопожарной системой. В разных зонах страны применяются различные способы чески пуха коз. В соответствии с одним из способов чески, в светлой части кошары оборудуют настил (стеллажи) из досок высотой 0,5 - 0,7 м, шириной 1 - 1,5 м. Пол застилают брезентом. Помещение разгораживают на две части - для очесанных и не очёсанных коз.

Процесс вычесывания пуха коз заключается в выполнении ряда технологических операций в несколько этапов.

Первоначально исполнитель процесса подготавливает рабочее место, гребни для чески пуха, деревянный настил (стеллаж), закрепляет на нем веревки или ремни для фиксации животного [234].

На следующем этапе чесальщик выбирает объект, отделяет его от группы и подводит к месту чески. Для этого подходят к животному сзади, захватывают рукой заднюю ногу (правую) выше колена, перемещают слегка на себя вверх (15.20 см) и подводят к настилу.

Третий этап - фиксация животного к щитам стеллажа [359]. Животное фиксируют стоя или лежа на боку при помощи веревок или ремней. При фиксации веревкой конечностей козы, нельзя допускать нарушения кровообращения, при этом следует обеспечить быстрое освобождение от крепления в последующем. Исключается грубое обращение с животным, а

именно - нажатие на лицевую часть, область спины и мягкой брюшной стенки.

Четвертый этап. Приступают к удалению загрязнений и спутавшихся косиц и расчесыванию шерстно-пухового покрова козы редкими гребнями. Расчесывать начинают с шеи, а затем переходят на брюхо, лопатку, ребра и бедро животного. На каждом участке расчесывания начинают снизу, постепенно переходя к верху. Расчесав пух на одной стороне, расфиксируют заднюю ногу, козу осторожно переворачивают на другой бок и повторяют операции в той же последовательности.

На пятом этапе, после очистки шерстно-пухового покрова от мусора, начинают непосредственное извлечение пухового волокна, совершая операции предыдущего этапа, только более частым гребнем, в той же последовательности. Вычесывание пуха является основным, наиболее трудоемким процессом, при выполнении которого происходит большой расход физической энергии исполнителя - чесальщика.

Шестой этап заключается в дочесывании пуха в труднодоступных местах. Этот этап менее длительный по времени, так как пух на этих участках составляет лишь 8.12 % от общего количества.

После окончания чески пуха козу отвязывают и отводят в загон.

Этот способ наиболее часто используется в Оренбургской области.

При другом способе чески, коз привязывают за рога к укрепленным щитам. Козу привязывают за рога к кольцу, закрепленному в щите, на высоте 1,6 - 1,7 м, а также фиксируют заднюю ногу. В Горном Алтае и республиках Средней Азии чёску проводят на открытом воздухе в защищенном от ветра месте. Площадку застилают брезентом, козам связывают ноги, кладут осторожно на бок и вычесывают в обычном порядке. Каждый участок шерстного покрова прочесывают несколько раз, до полного отделения вылинявших пуховых волокон. По мере накопления пуха на гребне чесальщик его снимает и складирует.

За 10-12 часов до вычесывания пуха животных не кормят и не поят, так как сытые животные плохо переносят ческу и стрижку (может быть заворот кишок). Кожный покров должен быть сухой и очищен от остатков корма, грязи или другого сора. Из влажной шерсти пух вычёсывается сложнее, а при хранении он портится. Коз с накожными заболеваниями не вычесывают. Ческа пуха обычно совпадает со второй половиной беременности коз, поэтому с сукозными матками обращаются бережно. Их вычесывают первыми, а затем кастратов, козлов и молодняк. Незадолго до козления пух с маток не вычесывают во избежание преждевременных родов.

Пух во время чески сортируют по цвету и качеству. Козий пух оценивается (классифицируется) по заготовительному стандарту ГОСТ 2260 - 2006 «Пух козий немытый классированный».

3.2.4. Перспективные направления совершенствования процесса

чески пуха

На основании вышеизложенного, мы предлагаем несколько направлений по совершенствованию процесса обработки кожного покрова коз с целью получения пуха, которые предлагаем разделить на три блока (рис. 3.2) [340].

Первый блок направлений - совершенствование вычесывающих устройств. Прежде всего, необходимо вести работы по минимизации усилия воздействия исполнителя на кожный покров объекта и вычесанный пух. Минимизировать усилия возможно: снизив сопротивление вычесыванию за счет использования антифрикционных материалов, снизив массу вычесывающего устройства, оптимизировав геометрические параметры зубьев и траекторию вхождения в шерстно-пуховый покров, используя механические вычесывающие устройства. При этом следует придерживаться требований предъявляемых к этим устройствам: они должны увеличивать производительность труда, обеспечить сохранение целостности пуховых

волокон (качество получаемого продукта), исключать травмирование животного и исполнителя.

Рис. 3.2 Перспективные направления по совершенствованию процесса

вычесывания пуха коз

Второй блок направлений - повышение функциональной надежности процесса вычесывания. Под функциональной надежностью мы понимаем бесперебойную работу технологического оборудования, используемого для этого технологического процесса, сокращение временных затрат на подготовку и техническое обслуживание, возможность быстрой перенастройки оборудования под физиологические особенности исполнителя и обслуживаемого животного. Для достижения этих требований необходимо обосновать конструктивно-эксплуатационные параметры и режимы работы технических устройств. Функциональная надежность оператора - показатель,

характеризующий сохранение в течении рабочего дня оператором четкого выполнения технологического алгоритма с минимальными нарушениями или при их полном отсутствии.

Третий блок направлений - оптимизация организации процесса вычесывания. Включает в себя повышение и поддержание квалификации основных исполнителей на должном уровне. Для этого необходимо организовывать краткосрочные мероприятия по подготовке операторов. Это направление перекликается со вторым блоком направлений по совершенствованию процесса чески, и для их реализации целесообразно разработать комплекс средств для подготовки. Комплекс позволяет восстанавливать навыки процесса вычесывания, но и совершенствовать их [319]. По нашим наблюдениям [80] операторы - чесальщики, прошедшие такую подготовку на комплексе, в 3.4 раза реже нарушают технологические операции, их производительность увеличивается в 2 - 3 раза по сравнению с теми, кто не прошел такую подготовку.

Способствовать повышению производительности труда может так же и физическая реабилитация исполнителей в перерывах основной работы, достаточно 5 - 10 минут, чтобы восстановить нарушаемый в процессе работы кровоток в конечностях оператора и снизить повышенный тонус мышц свободной верхней конечности - плеча, предплечья и кисти.

По аналогии с поточным способом стрижки, возможно ческу пуха так же осуществлять поточным способом, разделяя на этап расчесывания косиц (менее опытные исполнители) и этап вычесывания (исполнители средней и высокой квалификации). Такое разделение позволит снизить затраты труда опытных чесальщиков и повысить квалификацию у начинающих, при условии, что технологические операции будут проводиться на специализированном стеллаже.

Немаловажным, является решение по оптимизации процесса оперативного контроля качества вычесывания, внедрение которого

способствует полноте вычесывания и мотивирует трудовую деятельность исполнителей при соответствующей системе оплате труда.

В нашей работе предложены решения в каждом из трех блоков.

3.3. Физико - механические свойства кожного покрова коз и их значение при разработке технических средств

Кожный покров коз состоит из эпидермиса и дермы, постепенно переходящей в подкожную клетчатку [121, 123, 140, 366]. Эпидермис -многослойная эпителиальная ткань, составляющая 0,7 - 4,4% общей толщины кожи. В ней различают ростковый и роговой слои. В базальной части росткового слоя клетки размножаются. Клетки рогового слоя, постоянно обновляясь, слущиваются и образуют перхоть. Таким образом, в эпидермисе все время протекает процесс обновления клеток. Поверхность эпидермиса неровная, в местах выхода волосяных корней образуются воронки.

В коже коз функционируют сальные и потовые железы. Количество, форма и размеры сальных желез тесно связаны со степенью развития волосяных корней и густотой их расположения. Потовые железы состоят из эпителиальных клеток различной формы и имеют трубчатое (полое) строение. Их секреторные отделы змееобразно изогнутые в одной плоскости, располагаются в коже отвесно значительно глубже сальных желез. Посредством потовых желез из организма выделяются продукты распада, регулируется температура тела и поддерживается водный баланс.

Соединение секрета сальных и потовых желез образует жиропот, который способствует лучшему сохранению физико-химических свойств козьей шерсти, в значительной мере определяет ее чистый выход и создает жировую смазку эпидермиса.

Основой шерстного покрова кожи коз служат волосяные фолликулы, представляющие корень волос с волосяными луковицами. Волосяные фолликулы залегают в коже на различном уровне с наклоном к поверхности

эпидермиса. Луковицы глубоко лежащих корней волос - широкие, колбообразной формы, имеют сильно развитые соединительнотканные сосочки, хорошо выраженные корневые шейки и дают толстые корни. Луковицы мелколежащих корней — бутылкообразной формы, слабо оформлены.

В коже коз находятся волосяные фолликулы двух типов. Первые глубоко залегают в дерме, имеют хорошо развитые соединительно-тканые сосочки, луковицы, корни и стержни, парные сальные железы, гладкую мышцу - подниматель волоса и сопровождаются потовой железой. У коз с неоднородной шерстью такие фолликулы продуцируют только волокна ости. Волосяные фолликулы второго типа расположены в коже группами и более поверхностно. Они слабее развиты, чем первичные волосяные фолликулы, и продуцируют пух или переходный волос. Глубина залегания волосяных корней находится в прямой зависимости от толщины кожи и определяет длину и степень развития их стержней [204].

Стержни, образующие рунную шерсть коз, являются пухом, остью или переходным волосом. Пух имеет чешуйчатый и корковый слои.

К главным физическим свойствам шерсти и пуха относятся длина, тонина, извитость, прочность, растяжимость, эластичность, пластичность, упругость, цвет, блеск.

Длина - одно из важнейших свойств. Современная текстильная промышленность работает на длинной гребенной (камвольной) и короткой аппаратной (суконной) шерсти. Шерсть длиной 4...6 см перерабатывают в суконные и трикотажные изделия, а длиной 7 см и более - в гладкие (камвольные) ткани, имеющие наиболее широкое применение. Длина особенно важна для пуха. Различают длину естественную, т.е. в нерасправленном виде, и истинную. Длина шерстных волокон может колебаться от 3..5 до 25..35 см.

Тонина. Это свойство относится к одному из важнейших. О тонине (толщине) пухового волокна судят по величине поперечного сечения. Тонину

козьего пуха принято определять в микронах. Однородность шерсти определяют одновременно со средней тониной путем вычисления коэффициента вариации. Для козьего пуха коэффициент вариации не должен превышать 25%.

Извитость - характерное отличие от искусственных и синтетических волокон. Все шерстяные волокна, за исключением кроющего волоса, не прямые, а извитые. Наибольшая извитость наблюдается у пуховых волокон. В них на 1 см длины приходится по 6..8 и даже до 13 извитков. Извитость косвенно свидетельствует о конституции животных. Различают нормальную, высокую и гладкую извитость.

Относительная прочность пуха составляет 115. 140 МПа.

Растяжимость - свойство увеличивать длину под влиянием разрывающих усилий. При этом имеется в виду удлинение волокон, которое наступает после распрямления извитков. Растяжимость козьего пуха и 22.34%.

Упругость - способность восстанавливать форму после сжатия.

Эластичность - способность изделий из пуха принимать любую форму.

Пластичность - свойство сохранять свою форму после воздействия тепла, влаги и давления.

Цвет - зависит от наличия в корковом слое мельчайших пигментных зерен. Козий пух имеет белый, коричневый или серый цвет разных оттенков. Наиболее ценится белый пух, т.к. его можно окрашивать в любые цвета.

Блеск - способность отражать лучи света. Блеск в той или иной степени свойственен всем шерстяным волокнам и обусловлен строением чешуйчатого слоя. Наиболее сильным блеском обладает шерсть ангорских коз и линкольнских овец. Умеренным блеском обладает козий пух.

Мягкость. Иногда выделяют такое качество шерсти, как мягкость, которую определяют на ощупь. Самыми мягкими считаются тонкая овечья шерсть и козий пух.

Толщина кожи, густота волосяного покрова, длина и тонина волокна изменяются в зависимости от части тела козы. Основная часть вычесываемого пуха сосредоточена на спине, крестце, шее, а также лопатках, ляжках и ребрах животного [147, 303, 358 ]. Эти участки занимают основную часть тела козы (рис. 3.3) и обладают наиболее густым волосяным покровом, содержащим более ценный по своим качествам (длина, тонина) пух [303].

Наиболее целесообразно, на наш взгляд, именно на этих участках использовать механические вычесывающие устройства, позволяющие обработать 85.90% кожного покрова. Брюхо, часть шеи в области горла, затылок и конечности козы содержат незначительную часть вычесываемого пуха и кожа на этих участках более тонкая, подверженная ранениям. На этих участках тела использование механических средств нецелесообразно, т.к. кожный покров на этих участках более тонкий и подвержен травмированию, а содержание пухового волокна составляет менее 5..8% от общего начеса.

Рис. 3.3. Основные части тела козы и распределение шерстного покрова по густоте, длине и распределение толщины кожи (по В.А. Ротовой [261]).

Поэтому вычесывание пуха на этих участках лучше проводить вручную, временные затраты при этом составят не более 3.5 минут.

Для обоснования усилия воздействия на шерстно-пуховый покров вычесывающим устройством необходимы данные по удельному сопротивлению пухового волокна вычесыванию и усилию его удержания на кожном покрове. Иными словами необходимо определить усилия, при которых будет происходить извлечение пухового волокна вычесывающими элементами, но при этом, эти усилия не будут повреждать волокна пуха (разрывать его). Как было сказано выше, прочность пуха составляет 115 -140 МПа. Прочностные исследования проводятся, как правило, в специализированных лабораториях перерабатывающих производств.

В.Д. Поздняков и В.А. Ротова [236, 261], установили, что удельное сопротивление вычесыванию пуха на различных участках тела козы изменяется от 1,75 МПа до 2,5МПа, в среднем составляет 1.87МПа.

Распределение пуховых волокон в шерстном покрове не одинаково и, кроме того, волокна пуха как бы взаимосвязаны между собой, т.е. для того чтобы нарушить эту связь, необходимо приложить определенное силовое воздействие. Для определения силы этого воздействия Р совместно с В.А. Ротовой и В.Д. Поздняковым была предложена методика и устройство по определению такого силового воздействия. Устройство (рис. 3.4, а) состоит из традиционного гребня 1, измерительного блока 2, фиксирующих элементов 3, регистрирующего блока 4.

Методика определения искомой величины реализуется следующим образом: устройство закрепляется на кисти оператора-исполнителя, фиксируются значения измерительного и регистрирующего блоков. На следующем этапе гребень 1 устройства, внедряют в шерстно-пуховой покров козы (рис. 3.4, а) на участке тела, на котором определяют величину Р. Затем оператор - исполнитель совершает вычесывающие движения (рис. 3.4, б).

Усилие ¥, затрачиваемое на преодоление удерживающей силы, определяется измерительным блоком 2 и регистрируется блоком регистрации 4. Вычесывающие движения продолжаются до полного вычесывания пуха из шерстно-пухового покрова. Интегральный регистрирующий блок фиксирует

общее затраченное усилие на извлечение пуха Е^. Заранее определив величину площади вычесываемой поверхности, определяется среднее усилие удержания пуха на определенном участке тела животного:

а б

Рис. 3.4. Устройство для определения усилия удержания пуха.

X р

Рр , н/м2, (3.1)

где XР - суммарное усилие, затраченное на вычесывание пуха, Н;

5 - площадь участка, на котором производили вычесывание, м2.

Предложенное устройство универсально. Традиционный гребень выполнен разборным, что позволяет устанавливать на него различные вычесывающие элементы (зубья) на различном расстоянии друг от друга (от 5 до 12 мм). Таким образом, использовать разработанное устройство можно при проведении поисковых исследований по совершенствованию вычесывающих элементов.

3.4. Математическое моделирование силового взаимодействия вычесывающих элементов с кожно - пуховым покровом козы

Значительный вклад в разработку вопросов по взаимодействию элементов вычесывающих устройств внесли работы В.А. Ротовой и В.Д. Позднякова [236, 239]. Опираясь на их теоретические выкладки, можно выделить основные параметры, влияющие процесс вычесывания. Более наглядно это можно представить рассмотрев силы, которые действуют на пух при вычесывании (рис. 3.5) [363, 364]:

Q - вес частицы (Н), Q = т • g ,где т - масса частицы (кг);

Р - сопротивление пуха вычесыванию (Н);

Рин. - сила инерции, прижимающая при подъеме частицы пуха к зубьям гребенки (Н);

N - нормальная реакция зуба (Н);

Ртр - сила трения пуха о зуб (Н).

Рис. 3.5. Силы, действующие на частицу пуха при вычесывании.

Сделав допущение, что сопротивление пуха величина постоянная, т.е. Р=еот1, тогда силу инерции можно рассчитать:

, т • V2

Рин. = т ■ р-а =-, (3.2)

г

где: г - радиус кривизны зуба (м); V - скорость движения зуба (м/с);

т - угловая скорость движения зуба (с-1). Принимая за а - угол между ^ и Р (град), получим:

F = f

mp J

Q • cos a л P • sin a +

m • V2Л

r у.

(3.3)

Сила трения направлена так, что при ее положительном значении будет способствовать вычесыванию пуха (рис. 3.5).

Дифференциальное уравнение движения частицы пуха по поверхности зубьев будет иметь вид:

m • dV .

-= P • cos a- Q • sina- f •

dt * J

i Т/2Л

гл т~> m • V Q • cos a + P • sin a л--

r

\ ' у

(3.4)

За промежуток времени йг при вычесывании пуховое волокно отклонится на угол йф, точка соприкосновения зуба с пуховым волокном сместится на расстояние йБ.

Так как а - переменный угол, определятся:

а = Ф + А, (3.5)

где: ф - угол трения пуха о материал участка (град); ц - угол между йБ и пуховым волокном (град).

Если пренебречь силой инерции (так как V не превышает 0,2... 0,9 м/с, т • V2

можно принять -= 0), тогда:

г

т • dV

= (Р - / • б) • сова-(б + / • Р) • вта й , (3.6)

где: / - коэффициент трения пуха о зуб.

Угол наклона прямолинейного участка зуба выбирают из условия скольжения пуха на этом участке, условие можно записать:

Р • сова > б • Бта + Рт

mp

(3.7)

Разделив обе части условия на P cos a и введя обозначение Q = b.

получим:

1 - Ь- tgm tga<—-^

Ь + . (3.8)

В результате математических расчетов и поисковых исследований [258, 341, 342] было выявлено, что масса пуха, вычесываемая одним зубом, ничтожно мало влияет на силу трения пуха о зуб и весом частицы пуха в расчетах можно пренебречь (Q = 0), при скорости перемещения устройства по кожному покрову животного 0,2 - 0,9 м/с. Таким образом, условие (3.8) примет вид:

1

tga <

(3.9)

Угол трения шерстно-пуховых волокон колеблется в пределах 12 - 200. Тогда угол входа зуба в шерстно-пуховой покров должен составлять от 200 до 400.

Рассмотрев влияние радиуса кривизны зуба на величину силы трения зуба о шерстно-пуховой покров выявили, что изменение величины силы трения незначительны, а радиус кривизны зуба не оказывает большого влияния на силу трения.

Таким образом, сила трения пуха о зуб гребня зависит только от угла вхождения зуба в шерстно-пуховой покров животного и может быть найдена по зависимости:

Ктр = /Р

тр

(3.10)

Важным моментом при моделировании физического процесса вычесывания является определение скоростных характеристик вычесывающего элемента и устройства в целом

Определим оптимальный путь перемещения зуба вычесывающего устройства [87, 148].

Предположив, что пуховое волокно (рис. 3.6), наклонено под углом в, расположено на очесываемой полосе шерстно-пухового покрова. Оно

вычесывается зубом в некоторой точке А, отстоящей от кожного покрова на высоте к (м).

Скорость иа б (м/с) абсолютного движения точки А складывается из

скорости ° (м/с) движения вычесывающей машинки и скорости и (м/с) зубьев.

а - угол между силой трения и силой сопротивления пуха вычесыванию (град);

а-в - угол между скоростями движения машинки и зубьев (град).

Рис. 3.6. Вычесывание пухового волоса.